成果简介
降解钙钛矿光伏电池潜在的铅泄漏对生态系统和人类健康构成威胁，这是其商业化的严重障碍，尤其是对于经常集成在日常生活中的应用中的柔性模块。本文，香港城市大学化学系朱宗龙课题组在《ADVANCED ENGINEERING MATERIALS》期刊发表名为“Sulfonated Graphene Aerogels Enable Safe-to-Use Flexible Perovskite Solar Modules”的论文，研究为了从降解的柔性钙钛矿太阳能模块 (PVSM) 中捕获铅，采用与聚二甲基硅氧烷混合的磺化石墨烯气凝胶作为柔性PVSM两侧的吸铅密封剂。
磺化石墨烯气凝胶的大比表面积及其与 Pb^2+的高结合能使其在水溶液中具有优异的铅吸附能力。超过 99% 的 Pb^2+在不同的模拟条件（刮擦、弯曲和热循环）下，密封剂可以捕获来自退化的柔性 PVSM 的铅泄漏，从而将铅泄漏降低到 ≈10 ppb。此外，根据资源保护和回收法案 (RCRA)，降解的柔性 PVSM 产生的铅可以最小化到远低于危险废物限制。这项工作提供了一种有效的策略来实现安全使用的基于钙钛矿的柔性电子产品，以促进其商业化。
图文导读
图1、a）在正面（玻璃）和背面（金属）上用 S-GA/PDMS 混合物封装的柔性钙钛矿太阳能模块（PEN/ITO/PTAA/钙钛矿/C60/BCP/Ag）示意图。右侧显示了计算出的 Pb 2+ 的最小能量吸附模型结构的图形表示。b) S-GA 的 SEM 图像，比例尺：2 µm。插图：合成 S-GA 的照片。c) GA 和 S-GA 的 FTIR 光谱。d) S-GA 在初始 Pb 2+浓度为 10.0 ppm 时的Pb 2+吸附动力学（插图是 Pb 2+吸附的 Lagergren 二阶动力学图）。e) S-GA 的Pb 2+ Langmuir 吸附等温线。插图是与朗缪尔吸附模型的线性拟合。
图2、a) 两侧封装有和没有S-GA/PDMS的PVSM的照片。b) 将两侧带有和不带有S-GA/PDMS密封剂的降解PVSM浸入去离子水中（左侧），使用 Pb 2+试纸检测污染水中的Pb浓度（右侧）。c) 分别用S-GA/PDMS (0.5 wt%) 和 Pb(NO3 ) 2水溶液 (约150ppm) 中的PDMS 覆盖的 PEN 基材的时间Pb2+浓度分布。d)原始 PVSM、带有 PDMS 密封剂的 PVSM 和带有 S-GA/PDMS 密封剂的 PVSM 在 85°C下浸泡在50mL 去离子水中的Pb2+浓度曲线。e) 平衡Pb2+的总结不同测试的浓度。测试1和2分别参考图2c和 2d 中阐明的实验 。测试3代表参考 PVSM、带有 PDMS 的 PVSM 和带有 S-GA/PDMS 密封剂的 PVSM 的滴水测试。测试4代表了三种类型的PVSM在测试 3 之后在85 °C下进一步加热3小时。
图3、a) 带有（红色）和不带有（灰色）PDMS/SGA 涂层的 PEN/ITO 基板的透射光谱。b)两侧有和没有 PDMS/SGA 密封剂的柔性 PVSM 的J-V曲线。c） 在周围环境（40-50% RH，25°C）中经过各种弯曲圆（R = 5 mm）后，没有和有不同密封剂的柔性 PVSM 的标准化 PCE 演变。插图显示了弯曲试验的照片。d) 柔性 PVSM 在 3000 次弯曲圆后（R = 5 毫米）。e）PVSM 在不同方向（平行、垂直、对角线）弯曲 500 次循环和起皱 200 次后的铅泄漏行为，然后分别浸泡在去离子水中 30 分钟。插图显示了 PVSM 以不同方向弯曲和起皱的照片。
图4、a) 用 PDMS 和 S-GA/PDMS 封装的柔性 PVSM 的铅浸出浓度。b) PEN基板上钙钛矿薄膜的铅浸出浓度，PDMS和S-GA/PDMS分别涂覆在两面。每个条形图的实心部分代表浸出的 Pb，而空心条形图代表总可用 Pb；数据插图代表 Pb 泄漏百分比。虚线是指 RCRA 铅限值 (5 ppm)。c) 参照PVSM、用PDMS封装的PVSM和S-GA/PDMS 在遵循 IEC 61215 的不同热循环测试循环后的铅浸出浓度。
文献：https://doi.org/10.1002/aenm.202103236
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